Elérkeztünk a legnagyobb témakörhöz, a kozmológia alapjaihoz és felfedezéseihez. Itt az alapoktól kezdjük, kitárgyalunk minden alapfogalmat, és tézist, majd átvesszük a legnagyobb felfedezéseket és koponyákat, akiknek köszönhetően kialakulhatott a mai értelemben vett csillagászat.



Kezdésképp érdemes tisztázni, mit is értünk kozmológia alatt. A kozmológia a minket körül ölelő szinte végtelen sötét tér, a kozmosz vizsgálatának tudománya, mely magába foglalja az összes képződmény átfogó tanulmányozását, és megértését. Eredete a kozmosz - világ, univerzum és a logosz - tudomány, tanulmány görög eredetű szavak összetétele. Szokás úgy is értelmezni, hogy a Kozmoszról (=rendezett világról) való értelmes beszéd.



Alapok

Nem kell túl nagy képzelőerő ahhoz, hogy megértsük, az univerzumunk hatalmas. Épp ezen hatalmas méretek miatt a benne észlelt távolságok ISZONYATOSAN nagyok. Ez az oka annak, hogy a Földön már megszokott kilométer és méter helyett az űrben egy másik mértékegységet használunk a távolság és egyben az idő mérésére is. Ez a fényév. Egy fényév 9,460529ˇ1015 m = 9,4605 billió kilométer = majdnem 9,5 petaméter.Ez az a távolság, amelyet a fény egy év alatt tesz meg a másodpercenkénti 300 000 kilomter/órás sebességgel. Érthető, hogy sokan most a fejüket fogják, hiszen ez valóban irtózatos távolság s egyben sebesség, de akkor most kapaszkodjunk meg. Az Univerzumunk olyannyira hatalmas, hogy még ezzel a sebességgel is évmilliárdokig, igen, jól látjátok, évmilliárdokig tarthat egy, az univerzum méreteit figyelembe véve "közeli" galaxis, vagy csillag elérése a mai technikai eszközeinkkel.
Egy másik, sokak szerint vitatott, sok szerint pedig mindmáig teljesen tisztázatlan kérdés az, hogy miért és hogyan alakult ki a világegyetem. Az eddig bizonyított tények azok, hogy az univerzum körülbelül 13,7 milliárd évvel ezelőtt egy végtelenül sűrű és forró pontból egy, a másodperc ezredrésze alatt elképzelhetetlenül gyorsan tágulni kezdett, ekkor jött létre a tér, az idő, és az anyag is. De az, hogy ezt mi váltotta ki, máig rejtély. Ugyanakkor rengeteg elmélet létezik, és persze a vallás és a tudomány dogmái állandóan ütköznek egymással, íme néhány elmélet arról, ami végre is vagyunk most itt:

  • Multiuniverzális-elmélet:Eszerint az ősrobbanás kiváltó oka másik kettő vagy több univerzum ütközésének köszönhető.


  • Hurok-elmélet:Az Univerzum megteremtetett, hogy megteremthesse önmagát. Ez az elmélet inkább a fanatista sci-f írók körében elterjedt, ugyanis túl sok tudományos vonatkozása nincsen.


  • Alkotó-elmélet: A már sokat hallot, és sokak által leginkább elfogadott elmélet, mely szerint mindent egy felsőbb hatalom hozott létre, egy fajta Isten.

Akit mélyebben érdekel az ősrobbanás elmélete, és kérdései, az alábbi linken bővebb információt találhat:

Ősrobbanásról részletesen<



Szumma szummárum sok-sok embert, ugyanúgy, ahogy engem is, nagyon érdekelt, mi van az éjszakai égbolton túl. S ez az érdeklődés visszanyúlik egész az őskorig, lássuk részletesen, mikor és kik voltak a legnagyobb úttörők.

Történeti áttekintés

Kőkorszak:

Nincsenek pontos információink arról, mikor figyelt fel az ember először a csillagos égbolt rejtelmeire. A Nap, a Hold és a csillagok olyan feltűnő objektumok, melyek nyilvánvalóan magukra vonzották az őskori ember figyelmét, aki valószínűleg babonás félelemmel tekintett rájuk. A fényt és meleget adó Nap, a folyamatosan változó, éjszaka világosságot hozó Hold alapvetően meghatározta a kőkorszaki emberek életét. Az első csillagászati felismerések minden bizonnyal az égbolt szabad szemmel látható objektumainak megfigyeléseiből származtak. A Nap, a Hold, a csillagok mind-mind könnyen észrevehető égitestek.



A csillagokhoz hasonló, igen fényes bolygók mozgásának észrevételéhez már rendszeres megfigyelések szükségesek. Az időnként megjelenő fényes üstökösöket igen régóta baljós előjelnek tekintették, csakúgy, mint a Nap és a Hold fogyatkozásait. A legrégebbi csillagászati emlékekkel az archeoasztronómia foglalkozik, amely a régészeti leleteket csillagászati ismeretek felhasználásával próbálja értelmezni. A legismertebb csillagászati vonatkozású régészeti leletek: a Newgrange-i sírkamra és a Stonehenge-i építmény.



Newgrange (Írország, i.e. 3000): egy dombba vájt sírkamra, melyet egy 18 méter hosszú folyosó köt össze a külvilággal. A bejárat feletti nyíláson keresztül a Nap évente egy alkalommal a folyosón át rövid időre megvilágítja a sírkamra belsejét. Ennek időpontja pontosan a téli napfordulóra (december 22.) esik, ekkor a legrövidebb a nappal és a leghosszabb az éjszaka az északi féltekén.



Stonehenge (Anglia, i.e. 2000): hatalmas kőoszlopokból álló körkörös, ún. megalit építmény, melyhez hasonló (igaz jóval kisebb méretű) számos más helyen található Európában (főleg Franciaország és Spanyolország területén). Az egész építményt egy 100 méter átmérőjű kör alakú árok határolja, ezen belül patkó alakzatba állított kőoszlopok (dolmenek) helyezkednek el. A legbelső körben az oszlopok 7 méter magasak. A középpontban lévő oltárkő felé egy ösvény (sugárút) visz, aminek másik vége a külső körön kívül található, itt áll egy nagyméretű kőoszlop (sarokkő). Az oltár felől nézve a Nap pontosan a sarokkő fölött kel fel a horizonton a nyári napforduló idején (június 22., ekkor a legrövidebb az éjszaka és a leghosszabb a nappal az északi féltekén). Az egész építmény szimmetriatengelye ebbe az irányba van beállítva.



Nem ismerjük pontosan, mi célból alkották a kőkorszaki emberek ezeket az építményeket. Lehet, hogy az időmérés szándéka vezérelte őket, mások szerint a vallási kultuszoknak lehetett komoly szerepe ebben. Az azonban bizonyos, hogy nagyon komoly csillagászati ismerekkel kellett rendelkezniük az építőknek, pontosan ismerniük kellett a Nap évi járását. Emellett figyelemre méltó műszaki teljesítményük is, pl. a Stonehenge-i építményhez a köveket kb. 50 km-ről szállították a helyszínre.

Ókor:

Az ókori Kelet öntözéses földművelésre alapuló társadalmai meglepően fejlett csillagászattal rendelkeztek. Már a legkorábbi régészeti emlékek (babiloni határkövek, ékírásos agyagtáblák) igen magas szintű csillagászati ismeretekről tanúskodnak. A csillagászat két fő szempont miatt lett vezető tudomány. Egyrészt, a folyók áradásának előrejelzéséhez, az öntözéses földműveléshez alapvető a pontos időmérés. Másrészt, a csillagjóslás (asztrológia) kialakulását a jövő megismerésének ősi vágya motiválta.



Babilon



Mezopotámiában, a Tigris és az Eufrátesz folyó között (a mai Irak területén) számos városállamot alapítottak a sumérok. Ezek közül Babilon vívott ki vezető szerepet magának. A sivatagi homok alól előkerült köveken és ékírásos agyagtáblákon számos csillagászati szimbólum, táblázat található.



A babiloniak jól ismerték az égitesteket és azok mozgásait. A csillagokat csillagképekbe csoportosították, ezeket ma is használják a csillagászok. Megkülönböztetett figyelmet tulajdonítottak a Napnak, a Holdnak és az öt szabad szemmel látható, fényes bolygónak (Merkúr, Vénusz, Mars, Jupiter, Szaturnusz). Rendszeres megfigyeléseiket több száz éven keresztül dokumentálták.. Lejegyezték a bolygók hurokszerű (látszólagos) mozgását az égbolton. Felismerték az égi jelenségekben a hosszú távú ciklikusságot, ez alapján előre tudták jelezni a nap- és holdfogyatkozásokat. Naptárukban 1 év 365 napból állt, amit 12 holdhónapra osztottak. A nappalt és az éjszakát 12-12 órára osztották, 1 óra 60 percből, 1 perc 60 másodpercből állt (a felosztás a babiloni 60-as számrendszerre épülő matematikát tükrözi).



Babilonban a csillagászat szorosan összefüggött a vallással. Az égitesteket istenekként tisztelték, a 7 főisten a Nap, a Hold és az öt fényes bolygó volt. A főistent, Mardukot a Jupiter bolygóval azonosították. A csillagászatot csakis az erre alkalmasnak tartott papok (kaldeusok) művelhették, ők közvetlenül az uralkodó mögött álltak a társadalmi ranglétrán. A vallás szerepére utalnak az építészeti maradványok is. Az egész várost Kelet-Nyugat irányba tájolták. A fő nevezetesség a hatalmas, 90 m magas Marduk-szentély volt, melyet a Biblia Bábel tornya néven említ meg. Ennek tetejéről kísérték figyelemmel a kaldeus papok az égi jelenségeket. A babiloniak az égboltot egy hatalmas búrának képzelték el, melyen az istenségek tüzes szekereket hajtva közlekednek.



Egyiptom



A babilonihoz képest az egyiptomi csillagászat jóval kevésbé volt alapos. Az egyiptomiak többé-kevésbé átvették a babiloni naptárrendszert, de nemigen törődtek a pontosításával. A bolygók helyett inkább az égi egyenlítő környéki fényes csillagok, csillagképek érdekelték őket. Legfontosabb objektumuk a Szíriusz (az északi félteke legfényesebb csillaga) volt, mivel ennek Nappal egyidejű kelése pont a Nílus áradásának idejére esett (természetesen ez az egybeesés puszta véletlen, semmilyen ok-okozati összefüggés nincs a kettő között). A csillagászok itt is papok voltak. Az égboltot hatalmas víznek tekintették, melyeken az istenek bárkákon eveznek. Építészetükben szintén megjelentek csillagászati ismeretek, erre utal pl. a piramisok pontos észak-déli tájolása is.



Pitagoreusok



A "Pitagoreus Testvériség" iskolája a dél-itáliai Kroton szigetén működött, alapítója a nagy matematikus, Pitagorasz. Ez az iskola lényegében vallási szektaként működött, tagjai az egész számoknak, a matematikának misztikus jelentést tulajdonítottak. A "legmágikusabb" szám a 10 volt, emiatt a 10-es számrendszert használták. Felismerték, hogy a szépen hangzó zenei akkordokat adó húrok hosszának aránya egész szám (pl. 4:3), ebből kiindulva azt képzelték, hogy a bolygók mozgása szintén ilyen zenei hangokat kelt ("szférák zenéje"). Elképzelésük szerint az égitestek gömb alakúak és körpályán mozognak. Ezt arra vezették vissza, hogy az égitestek istenségek, tehát tökéleteseknek kell lenniük, a legtökéletesebb alakzat pedig szerintük a kör és a gömb. Világképük szerint a világ középpontjában a "központi tűz" helyezkedik el, e körül keringenek az égitestek, a Föld is. A Föld és a központi tűz között keringett az "ellen-Föld". Elképzelésük szerint az ellen-Föld és a központi tűz azért nem látható, mert mindig a Föld túlsó oldalán tartózkodnak. Ezekre az új égitestekre talán azért volt szükség, hogy ezekkel együtt az akkor ismert égitestek (Nap, Föld, Hold, Merkúr, Vénusz, Mars, Jupiter, Szaturnusz) száma 10 legyen.



Alexandria



A római hódítást követően, a hellenizmus korában a görög kultúra és tudomány csúcspontját az alexandriai könyvtárban folyó tevékenység jelentette. Az itt dolgozó tudósok az ókori világ teljes ismeretanyagát igyekeztek összegyűjteni, rendszerezni. A csillagászat területén legjelentősebb személyiség Klaudiusz Ptolemaiosz volt. Az ő alkotása a Naprendszer felépítését és a bolygómozgás matematikáját megadó Szüntaxisz Mathematiké. Ptolemaiosz összefoglalta a Platón és Arisztotelész által képviselt Föld-középpontú (geocentrikus) világképet, és meghatározta a bolygók mozgását a pitagoreusok körpályáit használva. A bolygók régóta ismert hurokszerű mozgását úgy magyarázta, hogy az égitest több körpályán kering: a Föld körül a deferensen és a deferensen gördülő epicikluson.



Középkor:

A Római Birodalom bukását követő zűrzavaros évszázadokban az ókorban felhalmozott tudás nagy része elveszett. A fennmaradt ismeretek megőrzésében és továbbadásában elsőként az arabok játszottak szerepet. Az arab hódítás nyomán a felégetett alexandriai könyvtárból kimentett papirusztekercsek között ott volt Ptolemaiosz Szüntaxisz Matematiké című műve is. Ez arab fordítás után Almageszt néven terjedt el és vált ismertté mások számára is.
Az arabok főként a Hold mozgása iránt érdeklődtek, az iszlám vallás előírásai miatt. Az Almagesztben talált bolygópályákat saját megfigyeléseikkel vetették össze. Hamar rájöttek, hogy a ptolemaioszi táblázatok nem pontosak, a számítások folyamatos kiigazításokra szorulnak. A megfigyelések érdekében több csillagvizsgálót építettek, ahol nagy méretű, korszerű műszerekkel követték nyomon a fényes, szabad szemmel látható égitesteket. A leghíresebb, szamarkandi csillagvizsgáló maradványai ma is állnak.

1054-ben kínai csillagászok egy új "vendégcsillag" megjelenéséről tudósítottak a Tien-kuan (Bika) csillagképben. Az új égitest eleinte olyan fényes volt, hogy nappal is látszott, de fokozatosan halványodva 1 év alatt eltűnt a megfigyelők szeme elől. Érdekes, hogy több távol-keleti forrás is részletesen leírja ezt a nagy feltűnést keltő égi eseményt, ugyanakkor európai feljegyzések egyáltalán nincsenek. A 20. században derült fény arra, hogy az 1054-es vendégcsillag egy szupernóva-robbanás volt: egy élete végén összeomló csillag hatalmas robbanásának voltak szemtanúi az akkori emberek. Azóta a robbanás helyén egy táguló gázfelhő, a Rák-köd figyelhető meg.



Nikolausz Kopernikusz (1473-1543)



Lengyel származású pap, csillagász és matematikus.
Nevéhez fűződik a Nap-középpontú (heliocentrikus) világrendszer első részletes kidolgozása. Felismerte, hogy a Föld és a többi bolygó a Nap körül keringenek, a Föld egyedül a Hold pályájának középpontja.Világrendszerét részletes számításokkal próbálta alátámasztani, ezek azonban nem vezettek sikerre, mert ragaszkodott a körpályákhoz (a körpálya dogmája). Könyve, "Az égi szférák körforgásairól" az egyház tiltakozását váltotta ki, később tiltó listára is került.













Johannes Kepler (1571-1630)



Német csillagász, a grazi egyetem matematika tanára, majd II. Rudolf udvari csillagásza Prágában.
Már pályafutása elején felismerte a kopernikuszi modellben a bolygópályák sugarainak arányában mutatkozó szabályosságot, ezért kezdettől fogva a kopernikuszi heliocentrikus világrendszer hívévé vált. A prágai udvarban hozzájutott Tycho Brahe bolygómegfigyeléseihez, melyek tanulmányozásából megalkotta a bolygómozgás híres Kepler-féle törvényeit:

  • A bolygók ellipszis alakú pályán keringenek, melynek egyik gyújtópontjában van a Nap.
  • A bolygó keringése során a bolygót és a Napot összekötő szakasz egyenlő idők alatt egyenlő területeket súrol.
  • Két bolygó keringési idejének négyzetei úgy aránylanak egymáshoz, mint a pályák fél nagytengelyeinek köbei.


A Kepler-törvények véget vetettek az évszázadokon át húzódó körpálya-dogmának, és az első helyes leírást szolgáltatták a Naprendszer égitestjeinek mozgásáról. Galileivel élénk levelezést folytatott, ennek hatására fordult később ő is a távcsöves megfigyelések felé. Nevéhez fűződik a két domború lencséből álló Kepler-távcső megalkotása.



Galileo Galilei (1564-1642)



Olasz csillagász, természettudós és matematikus. 1609-ben távcsövet készített (Galilei-távcső: egy domború és egy homorú lencséből áll), és elsőként használta az égitestek megfigyelésére. Megfigyelte a Hold hegyeit, krátereit és (általa "tengereknek" nevezett) síkságait.
Felfedezte, hogy a Jupiter körül 4 hold kering (Galilei-holdak: Io, Europa, Ganimedesz, Callisto), amivel szemléletesen alátámasztotta, hogy nem a Föld a középpontja az összes égitest mozgásának. Leírta, hogy a Vénusz a Holdhoz hasonló fázisokat mutat, a Tejút rengeteg csillagból áll, és általában távcsővel sokkal több égitest látható, mint szabad szemmel.


Megfigyeléseiből a heliocentrikus rendszert szerette volna igazolni, ami kiváltotta a pápai Szentszék ellenkezését.Galilei válaszul megjelentette a "Dialógusok a kétféle világrendszerről" című könyvét, amelyben síkra szállt a kopernikuszi új világrend védelmében, és kifigurázta az arisztotelészi tanokra épülő egyházi dogmákat. Az inkvizíció perbe fogta, 1633-ban elítélte, és visszavonatta vele tanait. Ezután házi őrizetben élt, élete utolsó éveiben megvakult, mikor távcsővel a Napba nézett. Csillagászati eredményei mellett a testek mozgásával kapcsolatos kísérletei is jelentős felfedezésekre vezettek. Nevéhez fűződik a szabadesés törvényének megállapítása és a sebességek összeadási elvének (Galilei-féle relativitási elv) felismerése is.











Csillagászat az újkorban - a távcsöves megfigyelések fejlődése:

Galilei első észlelései után az égbolt távcsöves megfigyelése rendszeres, rutinszerű tevékenységgé vált az európai csillagászok körében. Az európai országokban egyre több csillagvizsgálót alapítottak, melyeket már távcsövekkel szereltek fel. Ezek általában Kepler-féle lencsés távcsövek voltak, melyekkel a Holdat, a fényes bolygókat és üstökösöket tanulmányozták.



Charles Messier (1730 - 1817)



Francia csillagász, a párizsi Tengerészeti Obszervatórium munkatársa.

Első feladata, a Halley-üstökös 1758-ra előrejelzett visszatérésének megfigyelése látványos kudarccal zárult számára, mivel főnöke hibás utasításait kellett követnie.
Ezután egész életét új üstökösök felfedezésének szentelte. Távcsövével rendszeresen átvizsgálta az égboltot, üstökösök után vadászva. Munkájának eredményeként több mint 50 üstököst sikerült megfigyelnie, ebből 15-öt ő maga fedezett fel, amivel jelentősen hozzájárult az üstökösökről való ismeretekhez (1750-ig az emberiség összes üstökökös-megfigyelésének száma kb. 50 volt).



Elismerésül a francia- és számos más európai ország Királyi Akadémiájának tagjává választották. Az utókor számára legjelentősebb felfedezései azonban nem az üstökösök, hanem az égi "ködfoltok" voltak, melyeket Messier maga csak "mellékterméknek" tekintett. Üstökösöket keresve Messier olyan objektumokra bukkant, melyek üstökösszerű, diffúz, ködszerű képet mutattak a távcsőben. Az üstökösöktől csak az különböztette meg őket, hogy nem mozogtak. Ezek pozícióját és egyéb adatait Messier táblázatokba foglalta, azért, hogy biztosan ne tévessze őket össze új üstökösökkel. A híres Messier-katalógusról csak később derült ki, hogy az abban szereplő objektumok újabb rejtélyeket és kihívásokat jelentenek a csillagászok számára.



A Messier-katalógus objektumai



Messier híres katalógusának első kiadása 1771-ben jelent meg, 45 objektum adataival. Az első kiegészítésre 1780-ban került sor, ekkor 23 új objektummal bővült a lista. A második kiegészítés Messier kollégája, Méchain nevéhez fűződik, ő további 35 új objektumot sorolt fel. Az objektumokat M betűvel és a katalógusbeli sorszámmal azonosítjuk (M1, M2, ..., M110).



A katalógusban szereplő főbb objektumtípusok:

  • nyílthalmazok
  • gömbhalmazok
  • diffúz gázfelhők
  • planetáris ködök
  • galaxisok


William Herschel (1738 - 1822)



Német származású angol csillagász, az angol Királyi Akadémia tagja.
Tehetséges zenészként dolgozott, mikor néhány könyv elolvasása felkeltette a csillagászat iránti érdeklődését. Ezután zenészi pályafutását abbahagyva egyre komolyabban fordult a csillagászat felé. Kezdettől fogva a távcsövek és távcsöves megfigyelések vonzották. Kísérletezni kezdett minél nagyobb saját távcsövek megalkotásával. Hamar rájött, hogy a Newton-féle tükrös távcsőből sokkal könnyebb nagyméretű műszert készíteni, mint az akkoriban szokásos lencsés távcsövekből. Hosszas próbálkozás után egy 6 méter hosszú, kb. fél méter tükörátmérőjű, és egy 12 méter hosszú, 1 méteres tükrű teleszkópot épített, melyek akkoriban a világ legnagyobb távcsövei voltak. Ezekkel látott neki az égbolt részletes felmérésének (melyben húga, Caroline is segítségére volt). Először a Messier-katalógusból ismert objektumokkal foglalkozott. Rájött, hogy számos ezekhez hasonló objektum van az égbolton, kb. 2000 új "ködöt" fedezett fel.

Kettőscsillagok megfigyeléseiből kimutatta, hogy a két csillag egymás körül ellipszispályán kering, mellyel látványosan igazolta a newtoni mechanika érvényességét a csillagok világában.
1781-ben (szerencsés véletlennek köszönhetően) felfedezett egy új, Szaturnusznál távolabbi bolygót, mely az Uránusz nevet kapta. Fénytani kísérleteket is folytatott, ennek során rájött, hogy a Nap színképében a hő nagy része a látható szakaszon kívüli infravörös tartományba esik. A Tejút csillagainak felméréséből a csillagok Nap körüli eloszlását kívánta tanulmányozni. Bár hibás feltevésekből indult ki, sikerült kimutatnia, hogy a csillagok nem gömbszimmetrikusan veszik körül a Napot, hanem lapos, korong alakzatot formálnak. Ez az eredmény vezetett később a Tejútrendszer korong alakjának és spirálszerkezetének felismerésére. Fia, John Herschel (1792-1871) apja munkáját folytatva, a déli féltekére költözött, és a Jóreménység-fokánál alapított új csillagvizsgálóból a déli égbolt részletes felmérését végezte el.





A színképelemzés és a modern asztrofizika kialakulása: Newton korábbi felfedezését, a napfény színekre bontását, a fizikusok laboratóriumi kísérleteikben sokféle formában alkalmazták és továbbfejlesztették. Joseph Fraunhofer (1787-1826) német optikus 1815-ben észrevette, hogy a Nap színképe rengeteg vékony sötét vonalat tartalmaz. A laboratóriumi gyertyák és különböző anyagok lángjai viszont nem ilyenek, ezeknek a színképei ugyanis fényes, világító vonalakból állnak.



E felfedezés óriási jelentőségére Gustav Kirchoff (1827-1887) és Robert Bunsen (1811-1899) német tudósok bukkantak rá, mikor kimutatták, hogy a különböző kémiai elemek színképvonalai azonos helyen találhatók, mind a lángok, mind a Nap színképében. Ez alapján Kirchoff és Bunsen számos ismert anyagot, vasat, nátriumot, kalciumot, magnéziumot és tucatnyi más elemet azonosított a Nap színképében. Lehetővé vált az, amiről sokáig úgy vélték, abszolút lehetetlen: az égitestek anyagi összetételének meghatározása. 1866-ban egy új elemet, a héliumot először a Nap színképében azonosították (a Földön ezt az anyagot addig nem ismerték), később derült csak ki, hogy a Földön is fellelhető.



Christian Doppler (1803-1853) osztrák fizikus 1842-ben vette észre, hogy a színképvonalak kismértékben eltolódnak, ha a fényforrás és a megfigyelő egymáshoz képest mozog: közeledés esetén a kék felé, míg távolodás esetén a vörös felé. A Doppler-effektus csillagászati alkalmazhatóságára elsőként Hermann Vogel (1841-1907) német csillagász mutatott rá, aki igen precíz munkával sok csillag Földhöz képesti közeledését, vagy távolodását mérte ki. Ezzel a módszerrel ugyan csak a látóirányú mozgást lehet kimutatni, ennek jelentősége azonban óriási, mivel a nagyon távoli, Naprendszeren kívüli égitestek mozgásállapotáról egyébként semmi információval nem rendelkeznénk.





A Tejútrendszer felfedezése



William Herschel első felmérését követően egyre többen vizsgálták a Nap és a környező csillagok távolságát, a csillagok Nap körüli elhelyezkedését.
Általánosan elfogadottá vált az az elképzelés, hogy a Nap egy hatalmas csillagrendszer, a Tejútrendszer része. Ennek pontos mérete, kiterjedése azonban sokáig homályban maradt.
A 20. század elején Harlow Shapley (1885-1972) kapott először képet a Tejútrendszer valódi méreteiről.
Shapley a gömbhalmazok távolságmérésével foglalkozott. Módszere az volt, hogy változócsillagokat keresett a gömbhalmazokban, majd látszó fényességüket és a fényváltozás periódusát megmérve, az akkoriban felfedezett "periódus-fényesség reláció" segítségével kiszámította a változócsillag (ezáltal a halmaz) távolságát.
Arra a megdöbbentő felfedezésre jutott, hogy a gömbhalmazok nagyon távoli, 20-30 ezer fényévre lévő objektumok, eloszlásuk pedig olyan, hogy a Tejút sávjában, a Nyilas csillagkép irányába tömörülnek. Shapley (helyesen) ebből arra következtetett, hogy ez a sűrűsödés jelöli ki a Tejútrendszer középpontját. A Nap tehát nem a középpont környékén helyezkedik el (mint azt Herschel idején gondolták), hanem attól igen távol.



A 20. század nagy felfedezései - az extragalaxisok és a Világegyetem:



A spirálködök rejtélye



A 20. század csillagászati felfedezései közül az egyik legjelentősebb a spirálködök rejtélyének megoldása volt.
A Messier és Herschel által leírt spirálködök mibenlétéről kétféle hipotézis alakult ki. Egyesek úgy vélték, ezek születőben lévő bolygórendszerek, belsejükben hamarosan új csillag alakul ki (ez a vélemény a Naprendszer kialakulására vonatkozó ún. Laplace-féle ködhipotézisre támaszkodott), míg mások úgy gondolták, a spirálködök távoli csillagszigetek (ők főleg Immanuel Kant filozófiai okfejtésére, az ún sziget-univerzum hipotézisre hivatkoztak). Olyan szaktekintélyek, mint pl. Harlow Shapley, a bolygórendszer-hipotézist támogatták. A vélemények ütköztetésére 1920-ban rendezték meg a "Nagy Vita" című konferenciát Washingtonban, ahol a vita végülis eldöntetlen maradt. A rejtély megoldásának kulcsát a neves amerikai csillagász, Edwin Hubble (1889-1953) találta meg, aki a kaliforniai Wilson-hegyen az akkori legjobb csillagászati távcsövekkel dolgozhatott. Hubble speciális fényképezési eljárással csillagokat tudott azonosítani az egyik legismertebb spirálködben, az Androméda-ködben. Ezek között változócsillagokat is talált, és a Shapley-féle módszerrel meghatározta az objektum távolságát. Kiderült, hogy az Androméda-köd sokkal távolabb van, mint bármely gömbhalmaz, vagy akkor ismert égitest, távolsága több millió fényév. Ezzel bebizonyosodott, hogy a spirálködök nagyon távoli, óriási csillagrendszerek - azóta ezeket galaxisoknak nevezzük.



Az Univerzum tágulása



1929-ben Hubble újabb szenzációs felfedezést tett: kimutatta, hogy a galaxisok mindegyike vöröseltolódást mutat, azaz a színképében a sötét vonalak a vörös felé eltolódottak a földi színképvonalakhoz képest. Ez arra utal, hogy minden galaxis távolodik a Földtől (Doppler-effektus). Hubble azt találta, hogy a távolodási sebesség egyenesen arányos a galaxis távolságával:



v = H * d

ahol H a Hubble-állandó (mai értéke kb. 70 km/s/Megaparszek). A Hubble-törvény megdöntötte az addig vélt "nyugvó Univerzum" hipotézist, és rávilágított, hogy a Világegyetem nem állandó, hanem tágulóban van.



A táguló Világegyetem első megfigyelési bizonyítéka nagy izgalmat keltett az elméleti fizikusok körében.
Albert Einstein (1879-1955) általános relativitáselmélete alapján az 1920-as években számos "világmodellt" dolgoztak ki, melyek az Univerzum terének és anyagának struktúráját matematikai formában írják le. Ezek többsége azt jósolta, hogy az Univerzum nem lehet statikus, hanem tágul, vagy összehúzódik Hubble felfedezése a táguló modellek helyességét látványosan igazolta. Ebből világossá vált az is, hogy a Világegyetem véges életkorú, hiszen ha tágul, akkor korábban kisebb volt, tehát kellett lennie egy olyan pillanatnak, amikor a mérete 0. George Gamow (1904-1968) orosz származású amerikai fizikus szerint ebben a pillanatban történt az Ősrobbanás ("Big Bang", a "Nagy Bumm"), ezután az Univerzum tágulni kezdett, ami jelenleg is tart. Az Ősrobbanást követő percekben a Világmindenség nagyon sűrű és rendkívül forró volt, ekkor keletkezett a jelenleg megfigyelhető hidrogén és a hélium jelentős része. Gamow megjósolta, hogy a korai, forró Univerzum kitöltő hőmérsékleti sugárzás mára ugyan igen alacsony hőmérsékletűvé hűlt le, de megfigyelhető. Ezt a kozmikus háttérsugárzást találta meg 1965-ben A. Penzias és R. Wilson amerikai rádiócsillagászok, akik felfedezésükért Nobel-díjat kaptak.



Az Ősrobbanás és az Univerzum tágulása ma is a csillagászat legizgalmasabb kérdései közé tartozik. 1997-ben a csillagászok távoli szupernóva-robbanásokból arra utaló jeleket találtak, hogy az Univerzum tágulása egyre gyorsuló ütemű. Ez a felfedezés teljesen ellentmondott a korábbi várakozásoknak (melyek mind azt jósolták, hogy a gravitáció fékező hatása miatt a tágulás egyre lassul). Ennek teljes körű igazolása és magyarázata egyelőre várat magára, annyi azonban bizonyos, hogy az Univerzum csodálatos sokszínűsége mindig új, még izgalmasabb felfedezéseket és rejtélyeket biztosít a gondolkodó, kutató ember számára.